專利名稱：一種電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流電機控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前電動車使用霍爾的星型連接無刷直流馬達，有兩種方式120°二相導通方式。二相導通方式的反電動勢為120°的鋸齒波，直流電動機電樞磁勢軸線與勵磁磁勢軸線為60°到120°電角度時，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大。因此為保持電機輸出最大的電磁轉(zhuǎn)
矩，無刷直流電動機必須保持每60°就換向一次。電機定子有6個磁鏈狀態(tài)，其中每一個狀態(tài)都是二繞組導通，每相繞組中流過電流的世界相當于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120°電角度。120°導通方式下馬達的相電流是鋸齒波形，相同電機下，方波控制閥的扭矩小，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能將背包負重時的動能轉(zhuǎn)化成電能的帶能量收集裝置的背包。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，包括控制模塊、整流濾波模塊、逆變模塊、電壓電流檢測模塊、PWM脈沖電路、光電編碼器、鍵盤顯示模塊和上位機，其中所述整流濾波模塊，將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流電，并進行濾波處理后，輸送到逆變模塊；所述電壓電流檢測模塊，包括一個電壓傳感器和兩個電流傳感器，該電壓傳感器檢測逆變模塊前端的母線電壓Udc，而兩個電流傳感器檢測電機的兩相電流值，并將該電壓和電流信號反饋給控制模塊；所述控制模塊，采用STM32F103C8芯片作為MCU控制芯片，該控制芯片接收到上位機發(fā)出的信號，將其轉(zhuǎn)化成PWM輸出，并經(jīng)過PWM脈沖電路驅(qū)動放大后送給逆變模塊；所述逆變模塊，接收控制模塊的信號后，對電機定子繞組輸出相應(yīng)的信號；而所述光電編碼器，檢測電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)角，并將其反饋回控制模塊的正交編碼脈沖電路，從而對電機形成閉環(huán)控制；鍵盤顯示模塊，顯示電機運行狀態(tài)，并輸入指令。作為優(yōu)選，所述逆變模塊采用三菱PM25RSB120型號的IPM智能模塊。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點它突破了傳統(tǒng)控制理論中必須基于數(shù)學模型的框架，它不依靠或不完全賴于控制對象的數(shù)學模型，只按實際效果進行控制；同時可以智能的根據(jù)當前狀態(tài)方便地切換控制器的結(jié)構(gòu)。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。如附圖I 2所示，一種電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，主要對交流異步電動機進行直接轉(zhuǎn)矩控制，它包括控制模塊、整流濾波模塊、逆變模塊、電壓電流檢測模塊、PWM脈沖電路、光電編碼器、鍵盤顯示模塊和上位機等部件，該系統(tǒng)的核心是采用日本三菱公司生產(chǎn)的STM32F103C8芯片作為MCU控制器，所有復(fù)雜的控制算法及控制策略都通過STM32F103C8控制器來實現(xiàn)。該系統(tǒng)中所述整流濾波模塊，將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流電，并進行濾波處理 后，輸送到逆變模塊，并經(jīng)該逆變模塊后對電機進行供電；所述電壓電流檢測模塊，包括一個電壓傳感器和兩個電流傳感器，該電壓傳感器檢測逆變模塊前端的母線電壓Udc，而兩個電流傳感器檢測電機的兩相電流值，并將該電壓和電流信號反饋給控制模塊；所述控制模塊，采用STM32F103C8芯片作為MCU控制芯片，該控制芯片接收到上位機發(fā)出的信號，將其轉(zhuǎn)化成PWM輸出，并經(jīng)過PWM脈沖電路驅(qū)動放大后送給逆變模塊；所述逆變模塊，接收控制模塊的信號后，對電機定子繞組輸出相應(yīng)的信號；而所述光電編碼器，檢測電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)角，并將其反饋回控制模塊的正交編碼脈沖電路，從而對電機形成閉環(huán)控制，實時有效的控制電動機；鍵盤顯示模塊，顯示電機運行狀態(tài)，并輸入指令。從MCU輸出的PWM脈沖可以控制逆變模塊中IPM模塊電路的開關(guān)狀態(tài)，而逆變器開關(guān)狀態(tài)的改變，可在電機定子上形成旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量。通過工作電壓空間矢量和零矢量的交替選擇，可以控制定子磁鏈的走走停停，這樣磁通角(定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角)的大小也相應(yīng)地隨之改變，從而達到直接控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。該系統(tǒng)集成有以下功能(1)事件管理器EV，它是一個專門為控制系統(tǒng)(運動控制和電機控制)設(shè)計的模塊，包括通用定時器(GP)、全比較單元、捕獲單元和正交編碼脈沖電路(QEP)等四個基本單元。利用正交編碼脈沖電路(QEP)對引腳CAP1/QEP1和CAP2/QEP2 (EVA)或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4 (EVB)上的正交編碼脈沖進行解碼和計數(shù)，直接處理光電編碼盤的正交編碼脈沖，通過檢測2路信號的相位關(guān)系可以判斷電機的位置和速度信息。此外，事件管理器內(nèi)部有PWM發(fā)生電路，可產(chǎn)生PWM波形，用于控制逆變器開關(guān)的通斷時間。(2)串行通訊接口SCI, STM32F103C8設(shè)有雙通道異步串行外設(shè)通信口(包括SCIA和SCIB，24x系列中只有一個SCI )，在該系統(tǒng)中它與RS-232或者RS-485等標準接口相接，用于MCU的CPU與PC上位機之間的數(shù)字通信。支持半雙工、全雙工等通信模式。(3)串行外設(shè)接口 SPI，SPI是一個高速同步串行I/O 口，在該系統(tǒng)中SPI連接MCU控制器和顯示器，用于MCU和外部外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信。典型應(yīng)用還包括作為外部I/O或用于對外設(shè)(ADC、顯示驅(qū)動器等)進行擴展。
(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，ADC模塊是一個帶采樣/保持電路的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有自動排序能力，一次最多可執(zhí)行16個通道的自動轉(zhuǎn)換。它的轉(zhuǎn)換速度很快，在25MHz的ADC時鐘時，執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換操作時間為80ns [4>，比F2407快得多。該系統(tǒng)采用一個電壓傳感器和兩個電流傳感器，通過檢測逆變器前端的母線電壓UdcJ^ADC采樣后可根據(jù)當前的開關(guān)狀態(tài)計算逆變器輸出電壓的lisa和Usi3分量；同時電機的兩相電流由電流傳感器檢測后也經(jīng)ADC模塊采樣，再經(jīng)過3/2變換，可求出電流分量is α和is β，最后根據(jù)有關(guān)公式可算出磁鏈和轉(zhuǎn)矩的大小。(5) TAG仿真接口，用于系統(tǒng)的在線仿真和測試。為了提高逆變電路的可靠性，系統(tǒng)采用日本三菱的IPM只能模塊，型號為PM25RSB120，其內(nèi)部有7只IGBT，除用于三相橋臂外，另外一只可做泵升電壓的旁路開關(guān)。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標系下分析異步電動機的數(shù)學模型，計算與控制異步電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點式調(diào)節(jié)器(Band-Band控制)，把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出.它的控制效果不取決于異步電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況，它不需要將交流電動機與直流電動機作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動機的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標變換與計算和為解耦而簡化異步電動機數(shù)學模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式.與矢量控制方式比較，直接轉(zhuǎn) 矩控制磁場定向所用的是定子磁鏈，它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動機轉(zhuǎn)子電阻和電感。
權(quán)利要求
1.一種電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，其特征在于包括控制模塊、整流濾波模塊、逆變模塊、電壓電流檢測模塊、PWM脈沖電路、光電編碼器、鍵盤顯示模塊和上位機，其中 所述整流濾波模塊，將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流電，并進行濾波處理后，輸送到逆變模塊； 所述電壓電流檢測模塊，包括一個電壓傳感器和兩個電流傳感器，該電壓傳感器檢測逆變模塊前端的母線電壓Udc，而兩個電流傳感器檢測電機的兩相電流值，并將該電壓和電流信號反饋給控制模塊； 所述控制模塊，采用STM32F103C8芯片作為MCU控制芯片，該控制芯片接收到上位機發(fā)出的信號，將其轉(zhuǎn)化成PWM輸出，并經(jīng)過PWM脈沖電路驅(qū)動放大后送給逆變模塊； 所述逆變模塊，接收控制模塊的信號后，對電機定子繞組輸出相應(yīng)的信號； 而所述光電編碼器，檢測電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)角，并將其反饋回控制模塊的正交編碼脈沖電路，從而對電機形成閉環(huán)控制； 鍵盤顯示模塊，顯示電機運行狀態(tài)，并輸入指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，其特征在于所述逆變模塊采用三菱PM25RSB120型號的IPM智能模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電機轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，它是基于STM32F103C8芯片為核心控制芯片，通過控制逆變模塊電路的開關(guān)狀態(tài)的改變，克在電機定子上形成旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，并通過工作電壓空間矢量和零矢量的交替選擇，可以控制定子磁鏈的走走停停，這樣磁通角的大小也相應(yīng)的隨之改變，從而達到直接控制電機轉(zhuǎn)矩的目的。本系統(tǒng)減少對數(shù)學模型的依賴甚至不依賴，即對電機進行實時控制。
文檔編號H02P6/16GK102684578SQ201210122260
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者陶加山 申請人:江蘇金豐機電有限公司